西门子模块6ES7232-0HB22-0XA8产品信息

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本文介绍了基于DCS高炉动力系统燃气锅炉控制系统的硬件配置及其功能的软件实现，介绍了燃烧控制系统、汽包水位控制系统及流量控制系统等的主要特点和控制流程。实践证明，该系统达到了锅炉燃烧工况良好、节能降耗的工艺要求，且运行稳定可靠。 1、工艺介绍
       
        　　本锅炉系统主要通过燃烧高炉煤气和焦炉煤气为某钢铁公司1000M3高炉提供动力,并季节提供工业用暖。锅炉主要包括煤气（高炉煤气、焦炉煤气）系统、炉体部分、对流受热面（汽包及冷却壁，I、II过热器，I、II省煤器，I、II空气预热器）、点火器、送引风设备等组成。
       
        　　按照各部分的功能大致分为汽水系统、风烟系统、燃烧系统、减温减压及公用系统几个子系统。
       
        　　本控制系统主要控制锅炉及相关辅助设备的生产过程，使其符合工艺所要求达到的蒸汽温度（450℃）、压力（3.82MPa）、流量（130t/h）、纯度（过热蒸汽）。
       
        　　1.1 汽水系统
       
        　　汽水系统是供给锅炉保护和产生蒸汽的除氧水，生成载热的过热蒸汽送到汽机膨胀做功或者经过减温减压后供热。来自除氧给水系统的除氧水经过调节后送到I、II省煤器预热，然后送到锅炉汽包和与汽包相连的锅炉冷却壁中，经过锅炉燃烧生成的高温烟气的加热生成不饱和蒸汽，不饱和蒸汽经过I级过热器、I级过热器蒸汽集箱，经过喷水减温器减温处理后，再经过II级过热器、II级过热器蒸汽集箱后生成饱和的过热蒸汽，然后送到蒸汽母管，一部分送到汽机膨胀做功，一部分进入减温减压系统, 一部分提供除氧汽动给水泵做功给水。
       
        　　1.2 风烟系统
       
        　　空气（冷风）经过净化后通过1#、2#送风机送到I、II空气预热器中进行预热成为热风，热风送到热风烧嘴和煤气混合燃烧;高炉煤气和焦炉煤气通过高炉煤气管道和焦炉煤气管道送到燃烧喷嘴和热风混合燃烧，生成高温烟气，加热锅炉汽包中的除氧水使之成为不饱和蒸汽，然后高温烟气依次通过I过热器、II过热器、II省煤器、II空气预热器、I省煤器、I空气预热器将不饱和蒸汽加热成为高温高压的饱和蒸汽，并预热送到锅炉汽包中的除氧水和送到锅炉炉膛中的空气，最后通过引风机引至烟囱中排放。
       
        　　1.3 燃烧系统
       
       
       
        　　高炉煤气由外部接入，分为4路，分别进入锅炉的4个角（每角4个燃烧喷嘴），参与燃烧;进入锅炉和高炉煤气混合燃烧的热风分别进入锅炉的4个角（每角4个燃烧喷嘴），参与燃烧;焦炉煤气由外部接入，分为4路，分别进入锅炉的4个角（每角2个燃烧喷嘴），参与燃烧。正常情况下，燃料为高炉煤气，焦炉煤气只是在点火的时候用到，平时只是作为保安气（作为锅炉燃烧过程中的炉膛温度低时保护气）。
       
        　　燃烧过程中通过热电偶和火焰观测器来检测炉膛温度变化。通过调节高炉煤气、焦炉煤气、风的配比来调节锅炉炉膛温度（燃料配比一般为**高炉煤气，另外也有80%——高炉煤气加20%——10%焦炉煤气或者50%焦炉煤气）。整个燃烧过程中炉膛温度控制在1100±10℃左右
       
        　　1.4 减温减压及公用系统
       
        　　本锅炉产生的过热蒸汽大部分送到汽机做功给高炉供风，其余的一部分送到中温中压联络管，另一部分送到1#、2#减温减压器经过工业水的减温减压后变为低温低压蒸汽，一部分送到厂区供热，另一部分通过加热蒸汽母管送到除氧器，一部分提供除氧汽动给水泵做功给水。
       
        2、系统配置
       
        　　2.1 DCS系统
       
        　　计算机集散控制系统（DCS）由上位系统和下位系统组成。上位系统采用工业控制计算机，用Siemens组态软件WinCC完成现场数据的实时显示、存储、报警处理、打印及控制参数设定。下位系统由Siemens PLC构成，与现场设备相连。上位系统和下位系统之间的通讯采用Ethernet方式，其较高传输速率可达10-100Mbit/s，完全满足对数据实时监控的要求。自动控制系统采用S7 400 系列PLC硬件组成基础自动化系统，采用WINCC V6.0软件，编程软件采用STEP 7 V5.3，bbbbbbs 2000作为系统平台界面，组成计算机操作系统，实现人机通讯。锅炉运行供汽是为了满足汽轮机的运行负荷要求，同时满足鼓风机站提供低压蒸汽的需要。汽轮机和外供汽的负荷变化，会影响锅炉蒸汽压力的变化。只要满足蒸汽压力的稳定，必然满足蒸汽量的要求。因此，锅炉燃烧自动控制的目的就是通过自动燃烧达到稳定蒸汽母管的压力，来满足汽轮机及外供汽对蒸汽的要求。
       
        　　由于锅炉的燃烧系统到供汽系统是一个较复杂的热力过程，在运行中将受到：汽轮机工况变化所引起的蒸汽负荷的变化及外供汽对蒸汽负荷的变化（称外扰）；燃料热值、燃料种类等锅炉内部热负荷的变化所引起的蒸汽量的变化（称内扰）;从燃料变化开始到炉内建立热负荷的时间（称燃烧设备的惯性）；在锅炉受到外扰时，燃烧工况未变时而具有的吸热和放热能力（称锅炉的蓄热能力）。因此，自动燃烧程序应具有抗干扰的能力，以达到平稳地自动调节。
       
        　　为使锅炉达到经济的燃烧，在燃料或负荷调节的同时，应改变送风和引风量。锅炉使用燃料可能有如下的配比：**高炉煤气（正常运行使用此种配比）、80～高炉煤气加20～10%的焦炉煤气、50%高炉煤气加50%焦炉煤气。锅炉增减负荷量较大时，可以采用停开某一层或者数层高炉煤气燃烧器煤气管道上的电动调节阀和热风管道上的电动调节阀进行自动调节。
       
        　　3.2 汽包水位控制
       
        　　采用三冲量调节，即根据给水流量、汽包液位和蒸汽流量调节主给水阀，保锅炉汽包水位的稳定，是前馈—反馈串级调节回路，框图如下：锅炉给水系统中，由锅炉提供两个给水调节阀，其中DN150调节阀是主调节阀，在正常负荷和高负荷运行时使用；旁通管设一个DN100的调节阀，在低负荷时使用，同时也作为主调节阀的备用阀。在自动给水状态下，只允许其中之一自动调节给水，此时，另一调节阀可画面手动给水;在程序投入之前，操作人员需要事先选定哪一个调节阀自动投入。如果此次未能设定，将按照上一次的设定执行。汽包水位控制系统的结构图
       
        其中：
       
        SP——汽包液位设**
       
        PID1——汽包液位调节，为主调，反作用
       
        PID2——给水量调节，为副调
       
        PV1——汽包液位测量值
       
        PV2——给水流量测量值
       
        Σ——加法器，其公式如下：
       
        X0＝X2＋2×（X1－50%）
       
        X0——输出
       
        X1——汽包液位调节的输出
       
        X2——蒸汽流量信号
       
        　　将液位进行PID1调节后输出，和蒸汽流量进行加法运算，其结果作为PID2的设**，PID2将此设**与给水流量的偏差进行调节，输出带动执行机构，调节给水阀。
       
        　　汽包液位是主被调量，给水量是副被调量，蒸汽流量是前馈量。当汽包液位上升时，PID1的输出减小，则加法器的输出也减小，给水阀关小，就减小了给水量。当汽包负荷变大时，即蒸汽增加，加法器的输出就增大，给水阀开大，就增大了给水量。
       
        　　当蒸汽负荷突然增加，而出现“液位”时，由于PID1是反作用，PID1的输出就减小，即加法器里的X1就减小；由于负荷增加，加法器里的X2就增加，这样，加法器的输出基本变化不大。经过短时间后汽包内压力恢复平衡，“液位”，此时液位因蒸发量增加而开始下降，PID1的输出就增加，则给水量增加，直至汽包液位恢复到给定位置。
       
        　　3.3 炉膛负压调节
       
        　　炉膛负压自动控制是通过调节引风机入口风门开度，保持炉膛负压在-20——10 Pa的微负压状态，保证锅炉安全燃烧。当两台引风机同时运行时，应并列或者固定其中的一个对另一个进行调节，可在画面上选择并列还是固1调2（1为固1调2，0为固2调1）。炉膛负压设高、低报警。
       
        　　3.4 锅炉送风自动控制
       
        　　送风自动控制目的：使锅炉所投入的燃料在炉膛中燃烧时，自动投入合适的风量，以保证锅炉的经济燃烧。主要控制的参数为煤气压力及送风压力，进而达到较高的的锅炉热效率，烟气含氧量作为总风量的修正量。通过调节送风机的挡板开度来调节送风压力；当两台送风机同时运行时，应并列（或者固定其中之一，对另一个进行）调节入口风门，可在画面上选择并列还是固1调2（1为固1调2，0为固2调1）。
       
        　　3.5 锅炉过热蒸汽温度自动调节（减温水自动调节）
       
       
       
        　　锅炉过热蒸汽温度调节采用自制冷凝水喷水减温装置，锅炉过热蒸汽温度自动调节是根据集器集箱和减温器出口蒸汽温度自动调节减温水调节阀开度，控制减温水量，以保证集汽集箱中蒸汽温度控制在430——450℃范围内。当集汽集箱出口蒸汽温度降低时，汽温自动调节系统自动减少减温水量，随着汽温升高，减温水量增加，保集汽集箱出口蒸汽温度稳定，反之则减小减温水量，避免汽温产生较大波动。喷水减温系统中，由锅炉提供两个给水调节阀，其中DN50调节阀是主调节阀，在正常运行时使用；旁通管设一个DN50的调节阀，作为主调节阀的备用阀。在自动给水状态下，只允许其中之一自动调节给水，另一调节阀备用；在程序投入之前，操作人员需要事先选定哪一个调节阀自动投入。如果此次未能设定，将按照上一次的设定执行。在主给水调节阀后设DN150的调节阀，根据所需要的冷凝水量调节该调节阀的开度。采用串级调节，蒸汽出口温度经PID1调节输出后，作为PID2（减温器出口温度调节）的设**，PID2对此设**和减温器出口温度的偏差进行调节，输出带动执行机构，调节减温水调节阀。
       
        　　当测得集汽集箱出口蒸汽温度高时，PID1的输出增大，则减温水调节阀开大，增加减温水量；反之，则减小阀门开度，减少减温水量。
       
        当有扰动时（主要扰动有烟气流量和温度的变化引起的扰动，减温器入口蒸汽流量和温度引起的扰动，减温水压力变化引起的扰动）首先反映在减温器出口的蒸汽温度变化，温度一高，则要求增加减温水量，调节就比较迅速，而对集汽集箱出口的蒸汽温度的影响就比较小，提高了调节品质。

   一、设备控制层
       
        设备控制层主要包括PLC电控柜、分布式I／O站、现场操作站、变频器、流量计、电子皮带秤、红外水份仪、红外测温仪、智能仪表(通过PROFIBUS-PA接入)、以及独立单机设备等。主要实现工艺段的设备按工艺控制程序自动完成生产。对电机启停、阀的通断等数字开关量和水分、温度、流量等工艺参数进行自动控制。各控制段根据生产工艺要求，合理设置启停操作功能，使各控制段即能整段开机，又能分工艺段开机，既满足生产的灵活性，又达到节能降耗的目的。
       
        二、集中监控层
       
        集中监控层是建立在底层控制的现场设备层和上层的生产管理层之间的一层，作为厂MES系统的重要组成部分，主要是用于监控现场设备，实现数据采集，接受控制指令，下传控制信息的以软件为基础的监控系统，同时包括用于生产监控的视频系统、生产信息发布系统、调试维护系统以及其它智能监控系统等生产辅助系统。各系统紧密集成、数据共享，共同构成透明的信息平台，主要包括监控计算机、数采服务器、管理机图形发布站、工程师站、打印机、网络通讯设备、查询机、LED娃示屏、无线基站以及计算机操作系统软件、监控组态软件、网络通讯软件等。集中监控系统通过Profinet网将现场PLC与集中监控层连接起来。集中监控系统将采集的数据进行处理，与主控PLC进行数据交换，以实现对全线的监控和管理。监控系统同时内置公开、开放的数据接口，便于与生产管理层的通讯。
       
        集中监控层从功能和系统配置方面划分为集中监挖系统、视频系统、信息发布系统、智能监控系统和调试维护系统。
       
        视频系统以接受现场摄像头采集的视频信号或数字信号(数字摄像头)显示在等离子大屏幕上，用于生产辅助监控，及时发现现场问题并处理以提高生产安全性、透明性，提高生产调度效率。同时视频信号可以嵌人到集中监控系统中，根据生产报警联动自动切换视频画面到报警点，以便操作人员快速定位报警点和报警原因。集中监控系统根据摄像头布置区间{殳置不同报警组，不同报警组出现报警时自动切换视频画面到相应区域的视频。该功能需工业电视监控系统提供相应的软件接口。出现报警时通过软件接口发送相应指令到工业电视监控系统对发生报警的区域视频进行录像，当报警时结束自动录像，以便将来追查质量事故或设备检修时提供原始的视频资料。
       
        信息发布系统采用B／S模式将生产监控画面发布在Web服务器上，厂级网各客户端通过IE浏览器访问查询生产监控信息；同时信息发布系统通过RS485和TCP／IP协议通讯将生产相关信息发布到现场LED显示屏；现场查洵机通过C／S模式查询监控信息。中控室配置Web服务器和SuiteVoyager监控发布软件，将集中监控系统转换成Web发布系统，运行在Web服务器上。厂级网各客户端通过IE浏览器访问Web发布系统，根据不同授权可查询不同的生产实时信息。
       
        在制丝生产现场设置一定数量的现场查询台。覆盖整个车间，便于实现对现场生产管理状态的查询。实现对现场设备的维护和监控。要求其根据授权实现不同状态查询功能，或根据权限从数据库服务器获得整个制丝车间的关键生产数据，实现其令线信息查询功能。现场查询台采用触摸屏计算机(工控机)＋操作台＋软件模式。
       
        现场查询机主要功能：
       
        ◆实时查询制丝生产的班计划，日计划
       
        ◆实时查询当前生产的牌号、批次及各段工艺参数
       
        ◆查询制丝线各设备的工作状态等
       
        ◆查询当前贮柜状态
       
        根据车间工艺布置在6000kg／h线制叶段、6000kg／h线制丝段、混丝段、中试线制叶段、除尘段分别配置1台触摸屏查询机。
       
        智能监控系统主要包括制丝能源管理、智能照明、室和设备问监控、现场设备状态检测及智能仪表监控管理务器电源监控、机柜烟雾检测等部分。
       
        配电监控：在设备问配置一套配电及监控系统，负责设备间和室的设备供电、机房运行监控等。具备双路电源切换功能。配电柜选用威图1000×760×300规格，双路电源选用金钟穆勒的NZM7-250N瓦头。配置l台20KW UIX5，后备4小时，负责为中控室所有计算机供电。同时提供现场各控制柜交换机冗余供电。
       
        安全监控：在设备间配置一套威图CMC-TC系统。通过设置PCU(服务器供电控制单元)、烟雾传感器、设备间视频等器件，实现各服务器电源监控、机柜内烟雾报警等功能，并可通过网络实现远程系统监控功能。通过配置威图柜内灭火系统实现早期烟雾，有效保护服务器等谷中设备。服务器机柜配置顶装式威图空调器，提供柜内冷风循环。
       
        能源、智能照明及设备问监控：选用E＋H带来网关和能源管理软件，并专门配置一台设备监控计算机，负责制丝能源管理、智能照明、室及设备间设备的监控和信息。
       
        设备状态、智能仪表监控：专门配置一台设备状态检测、智能仪表(水分仪、皮带秤、流量计等)躲控管理计算机。实时监控设备运状态和各智能仪表的实时数据及状态。
       
        能源检测和工艺条件监控：为便于能源检测和成本核算，要求对能源和工艺条件进行监控。各控制柜电源检测由制丝车间配电室提供。采用PROFINET网络通讯，内容包括各回路电压、电流，功率、功率因数、频率以及开关状态等数据，要求各控制柜采集这些电源数据并本地显示。回潮机、加料机、HT、烘丝机、白肋烟烤机等工艺设备消耗的蒸汽总量要求计量并提供本地显示，流量计选用E＋H 73F系列蒸汽流量计(PA接口)，同时检测蒸汽流量、累计量和蒸汽温度等数据。加香／加料回路等控制所使用的空压数据采用压力传感器采集并进入PLC模块。
       
        电控系统节能分析：贮柜底带、喂料机提升带、除尘风机等使用变频器控制。既可以调整设备运行工况满足生产连续、平稳进行的要求，又可以节约电能。同时系统对采集的蒸汽流量、累计量和蒸汽温度、空压数据进行监控，出现异常报警，以便及时发现跑、冒、滴、漏等问题进行设备维修。
       
        随着企业自动化程度的提高，设备、仪器及软件调试和维护重要性的不断提高，为方便系统调试及维护，在车间配置几台西门子无线基站(SCALANCE W788)和相应的客户端移动终端设备，支持移动调试、编程、皮带秤校秤及各种通讯功能。中控室内配置专门的工程师站计算机负责整个制丝线电控系统的PLC程序调试、诊断和维护。工程师站配WinCC软件，可以诊断各段PLC通讯状态和模板故障信息。
       
        广播系统：在中控室内配置基本的广播系统，负责中控室内消息的人工广播和生产监控报警信息的广播，并与消防广播系统的集成。通过与消防广播系统的功能集成，提供设备异常报警区域广播、贮柜系统进出柜信息广播、设备调试提示广播等功能。
       
        三、生产管理层
       
        数据库及管理系统采用先进成熟的浏览，服务器(B／S)方式，基于MICROSOFT公司的．NET框架，并具备与厂级计算机网络连接功能。生产管理层的设备通过以太网交换信息。
       
        通过数据管理系统的统计分析，对的信息进行归类、整理和综合分析，向下对生产过程作统一的调度，并对各个生产环节、现场关键设备及工艺点进行监视和管理，以实现生产管理、工艺管理、质量管理、设备管理、系统管理等目的；向上作为企业MES的一个子系统，为企业及时了解生产过程、制定战略决策提供重要依据。